JP2006050477A - 無線タグ通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 可及的簡単な処理により分解能が高い無線タグ方向検知を実現する無線タグ通信装置を提供する。
【解決手段】 無線タグ１４との間の通信の指向性を制御するＰＡＡウェイト制御部５４と、そのＰＡＡウェイト制御部５４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を検出する方向検出部５３とを、含むことから、前記無線タグ１４との通信感度が最小となる所謂ヌル点において比較的高い分解能が得られる性質を利用することで、通信対象である無線タグ１４の方向を好適に検出することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、無線にて情報の書き込みや読み出しができる無線タグとの間で通信を行う無線タグ通信装置に関し、特に、通信対象である無線タグの方向を検出する技術の改良に関する。

所定の情報が記憶された小型の無線タグ（応答器）から所定の無線タグ通信装置（質問器）により非接触にて情報の読み出しを行うＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムが知られている。このＲＦＩＤシステムは、無線タグが汚れている場合や見えない位置に配置されている場合であっても無線タグ通信装置との通信によりその無線タグに記憶された情報を読み出すことが可能であることから、商品管理や検査工程等の様々な分野において実用が期待されている。

斯かる無線タグ通信装置の一利用形態として、通信対象である無線タグとの通信の指向性を変化させることによりその無線タグの方向を検知する技術が知られている。例えば、特許文献１に記載されたアンテナの指向角を制御する無線受信方法がそれである。この技術によれば、指向角可変アンテナにより受信された受信信号の希望波電力と干渉波電力との比に基づいてその指向角可変アンテナの指向角の広狭を制御することにより、通信対象である無線タグの方向を好適に検知することができる。

特開２００３−２４３９２１号公報

しかし、前記従来の技術のように、一般的なＢＦＡ（Beam Forming Antenna）処理による方向検知では計算量が少なくて済む反面、分解能が低く通信対象である無線タグの方向を詳細に検出できないという不具合があった。また、ＭＵＳＩＣ法やＥＳＰＲＩＴ法等、分解能が高い方向検知では、処理が複雑であり計算量が多くなるという弊害があった。すなわち、可及的簡単な処理により分解能が高い無線タグ方向検知を実現する技術は、未だ開発されていないのが現状である。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり、その目的とするところは、可及的簡単な処理により分解能が高い無線タグ方向検知を実現する無線タグ通信装置を提供することにある。

斯かる目的を達成するために、本発明の要旨とするところは、所定の無線タグに向けて送信信号を送信すると共に、その無線タグから返信される返信信号を受信してその無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、その通信の指向性を制御する指向性制御部と、その指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグの方向を高い分解能で検出する方向検出部とを、含むことを特徴とするものである。

このようにすれば、前記通信の指向性を制御する指向性制御部と、その指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグの方向を検出する方向検出部とを、含むことから、前記無線タグとの通信感度が最小となる所謂ヌル点において比較的高い分解能が得られる性質を利用することで、通信対象である無線タグの方向を好適に検出することができる。すなわち、可及的簡単な処理により分解能が高い無線タグ方向検知を実現する無線タグ通信装置を提供することができる。

ここで、好適には、前記方向検出部は、前記指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最大となる方向に基づいてその無線タグの方向を検出するものである。このようにすれば、前記無線タグとの通信感度が最大となるメインローブ方向において通信対象である無線タグの方向を短時間で大まかに検出することができる。

また、好適には、前記方向検出部は、前記指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最大となる方向に基づいてその無線タグの方向を予備検出した後、更に前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグの方向を本検出するものである。このようにすれば、前記無線タグとの通信感度が最大となるメインローブ方向において通信対象である無線タグの方向を大まかに検出した後、前記無線タグとの通信感度が最小となるヌル点方向においてその無線タグの方向を詳細に検出することで、短時間で処理できる実用的な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

また、好適には、前記方向検出部は、前記指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記受信信号強度が最大となる方向に基づいてその無線タグの方向を予備検出した結果、無線タグが存在しないと判定した場合には、その後に前記通信の指向性を変化させて前記受信信号強度が最小となる方向に基づいたその無線タグの方向の本検出を行うことなく検出を完了するものであるため、前記無線タグが存在しない場合は迅速に処理を終了させることができる。

また、好適には、前記方向検出部は、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を検出するものである。このようにすれば、送信指向性範囲内において、１回の送信後にメモリに記憶された受信信号に簡単な処理を行うことにより、前記無線タグの方向を詳細に検出することができる。

また、好適には、前記方向検出部は、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を検出するものである。このようにすれば、広範囲で前記無線タグの方向を大まかに検出することができる。

また、好適には、前記方向検出部は、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を予備検出した後、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を本検出するものである。このようにすれば、広範囲で通信対象である無線タグの方向を大まかに検出した後、その無線タグの方向を詳細に検出することで、好適な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

また、好適には、前記送信信号を送信するための送信アンテナ及び前記返信信号を受信するための受信アンテナをそれぞれ個別に備えたものである。このようにすれば、前記無線タグ通信装置の回路構成を可及的に簡単なものとすることができる。

また、好適には、前記送信信号を送信すると共に前記返信信号を受信するための送受信アンテナを備えたものである。このようにすれば、前記無線タグ通信装置のアンテナ構成を可及的に簡単なものとすることができる。

また、好適には、複数の指向性それぞれに対応して前記複数のアンテナ素子それぞれに乗算するウェイトが予め定められたテーブルを有するものである。このようにすれば、前記通信の指向性を制御するための計算量が少なくて済む。

また、好適には、前記指向性制御部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、それぞれの指向性における受信信号強度に応じて前記無線タグの方向を検出するものである。このようにすれば、計算量の少ない実用的な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

また、好適には、前記指向性制御部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグの方向を検出するものである。このようにすれば、計算量の少ない実用的な態様で前記無線タグの方向を詳細に検出することができる。

また、好適には、前記指向性制御部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が極大となる指向性に応じて前記無線タグの方向を検出するものである。このようにすれば、実用的な態様で前記無線タグの方向を大まかに検出することができる。

また、好適には、前記方向検出部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグの方向を予備検出した後、更に前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグの方向を本検出するものである。このようにすれば、計算量の少ない実用的な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の無線タグ通信装置が好適に用いられる通信システム１０を説明する図である。この通信システム１０は、本発明の一実施例である無線タグ通信装置１２と、その無線タグ通信装置１２の通信対象である単数乃至は複数（図１では単数）の無線タグ１４とから構成される所謂ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）システムであり、上記無線タグ通信装置１２はそのＲＦＩＤシステムの質問器として、上記無線タグ１４は応答器としてそれぞれ機能する。すなわち、上記無線タグ通信装置１２から質問波Ｆ_ｃ（送信信号）が上記無線タグ１４に向けて送信されると、その質問波Ｆ_ｃを受信した上記無線タグ１４において所定の情報信号（データ）によりその質問波Ｆ_ｃが変調され、応答波Ｆ_ｒ（返信信号）として上記無線タグ通信装置１２に向けて返信されることで、その無線タグ通信装置１２と無線タグ１４との間で情報の通信が行われる。

図２は、上記無線タグ通信装置１２の構成を説明する図である。この図２に示すように、上記無線タグ通信装置１２は、上記無線タグ１４に対する情報の読み書きや、その無線タグ１４の方向検知等を実行するためにその無線タグ１４との間で情報の通信を行うものであり、送信信号をディジタル信号として出力したり、上記無線タグ１４からの返信信号を復調する等のディジタル信号処理を実行するＤＳＰ（Digital Signal Processor）１６と、そのＤＳＰ１６により出力された送信信号をアナログ信号に変換する送信信号Ｄ／Ａ変換部１８と、所定の周波数変換信号を出力する周波数変換信号出力部２０と、上記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換された送信信号の周波数をその周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ高くするアップコンバータ２２と、そのアップコンバータ２２によりアップコンバートされた送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみ通過させる送信信号ＢＰＦ（Band Pass Filter）２４と、その送信信号ＢＰＦ２４から出力される送信信号を質問波Ｆ_ｃとして上記無線タグ１４に向けて送信するための送信アンテナ素子２６と、その質問波Ｆ_ｃに応じて無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒを受信するための複数（図２では５つ）の受信アンテナ素子２８ａ、２８ｂ、２８ｃ、２８ｄ、２８ｅ（以下、特に区別しない場合には単に受信アンテナ素子２８と称する）と、それら受信アンテナ素子２８により受信される受信信号それぞれの周波数を上記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ低くする複数（図２では５つ）のダウンコンバータ３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、３０ｄ、３０ｅ（以下、特に区別しない場合には単にダウンコンバータ３０と称する）と、それらダウンコンバータ３０からそれぞれ出力されるダウンコンバートされた受信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる複数（図２では５つ）の受信信号ＢＰＦ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ、３２ｄ、３２ｅ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号ＢＰＦ３２と称する）と、それら受信信号ＢＰＦ３２からそれぞれ出力される受信信号をディジタル信号に変換する複数（図２では５つ）の受信信号Ａ／Ｄ変換部３４ａ、３４ｂ、３４ｃ、３４ｄ、３４ｅ（以下、特に区別しない場合には単に受信信号Ａ／Ｄ変換部３４と称する）と、それら受信信号Ａ／Ｄ変換部３４によりディジタル信号に変換された受信信号を記憶すると共に、上記ＤＳＰ１６からの指令に応じてそのＤＳＰ１６にそれら受信信号を出力させる記憶装置であるメモリ部３６とを、備えて構成されている。

上記ＤＳＰ１６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、及びＲＡＭ等から成り、ＲＡＭの一時記憶機能を利用しつつＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行う所謂マイクロコンピュータシステムであり、前記無線タグ１４への送信信号に対応するコマンドビット列を生成する送信ビット列生成部３８と、その送信ビット列生成部３８から出力されたディジタル信号をＦＳＫ方式で符号化するＦＳＫ符号化部４０と、そのＦＳＫ符号化部４０により符号化された信号をＡＭ方式で変調して上記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８に供給するＡＭ変調部４２と、上記複数の受信アンテナ素子２８により受信された受信信号それぞれに所定のウェイトを乗算することによりフェイズドアレイ処理を行うＰＡＡ（Phased Array Antenna）処理部４４と、そのＰＡＡ処理部４４によりフェイズドアレイ処理された受信信号をＡＭ方式で復調してＡＭ復調波を検出するＡＭ復調部４６と、そのＡＭ復調部４６により復調されたＡＭ復調波をＦＳＫ方式で復号化するＦＳＫ復号化部４８と、そのＦＳＫ復号化部４８により復号化された復号信号を解釈して前記無線タグ１４の変調に関する情報信号を読み出す返答ビット列解釈部５０と、上記ＡＭ復調部４６から出力されるＡＭ復調波に基づいて受信信号強度を検出する受信信号強度検出部５２と、その受信信号強度検出部５２により検出される受信信号強度に基づいて通信対象である無線タグ１４の方向を検出する方向検出部５３とを、機能的に備えている。

上記ＰＡＡ処理部４４は、上記受信信号強度検出部５２により検出される受信信号強度に基づいて前記複数の受信アンテナ素子２８により受信された受信信号それぞれに与えるＰＡＡウェイトを算出するＰＡＡウェイト制御部５４と、そのＰＡＡウェイト制御部５４により算出されるＰＡＡウェイトを前記複数の受信アンテナ素子２８により受信された受信信号それぞれに乗算する複数（図２では５つ）の受信ＰＡＡウェイト乗算部５６ａ、５６ｂ、５６ｃ、５６ｄ、５６ｅ（以下、特に区別しない場合には単に受信ＰＡＡウェイト乗算部５６と称する）と、それら受信ＰＡＡウェイト乗算部５６によりそれぞれＰＡＡウェイトが乗算された受信信号を合成（加算）して上記ＡＭ復調部４６に供給する受信信号合成部５８とを、備えて構成されており、前記無線タグ１４との間の通信における受信指向性を制御する。すなわち、前記ＰＡＡウェイト制御部５４は、前記無線タグ１４との通信の指向性を制御する指向性制御部である。

図３は、前記無線タグ１４の構成を説明する図である。この図３に示すように、前記無線タグ１４は、前記無線タグ通信装置１２との間で信号の送受信を行うためのアンテナ部６０と、そのアンテナ部６０により受信された信号を処理するためのＩＣ回路部６２とを、備えて構成されている。そのＩＣ回路部６２は、上記アンテナ部６０により受信された前記無線タグ通信装置１２からの質問波Ｆ_ｃを整流する整流部６４と、その整流部６４により整流された質問波Ｆ_ｃのエネルギを蓄積するための電源部６６と、上記アンテナ部６０により受信された搬送波からクロック信号を抽出して制御部７４に供給するクロック抽出部６８と、所定の情報信号を記憶し得る情報記憶部として機能するメモリ部７０と、上記アンテナ部６０に接続されて信号の変調及び復調を行う変復調部７２と、上記整流部６４、クロック抽出部６８、及び変復調部７２等を介して上記無線タグ１４の作動を制御するための制御部７４とを、機能的に含んでいる。この制御部７４は、前記無線タグ通信装置１２と通信を行うことにより上記メモリ部７０に上記所定の情報を記憶する制御や、上記アンテナ部６０により受信された質問波Ｆ_ｃを上記変復調部７２において上記メモリ部７０に記憶された情報信号に基づいて変調したうえで応答波Ｆ_ｒとして上記アンテナ部６０から反射返信する制御等の基本的な制御を実行する。

本実施例では、送信指向性は制御せず(無指向性)、受信指向性の制御のみ行う態様について説明する。すなわち、前記無線タグ通信装置１２に備えられた指向性制御部は、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように制御する。図４は、前記ＰＡＡ処理部４４により受信指向性のメインローブを制御する様子について説明する図であり、θ＝４０［°］の方向に通信対象である無線タグ１４が位置する場合を例示している。この図４に示すように、前記ＰＡＡ処理部４４は、フェイズドアレイ処理により所定の角度毎に受信指向性を変化させる。このような指向性パターンにおいて一般に、通信感度が最大となる部分をメインローブ、その他の極大部分をサイドローブ(図示せず)、ローブ間の極小点をヌル点とそれぞれ称する。通信対象である無線タグ１４の方向を正確に検出したい場合には、まず前記ＰＡＡ処理部４４によりメインローブ方向の角度θを変更し、前記受信信号強度検出部５２により各メインローブ方向における前記無線タグ１４からの返信信号強度を検出するのが好ましい。例えば、メモリ部３６に記憶された受信信号に乗算するウェイトを変えることによって、図４に示すように、−６０乃至６０［°］の間で３０［°］ずつメインローブ方向を５回変化させて、各メインローブ方向における受信信号強度を検出する。

前記方向検出部５３は、好適には、前記ＰＡＡ処理部４４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最大となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を検出する。すなわち、図４に示すように受信指向性のメインローブを制御することにより通信対象である無線タグ１４の方向を検出する。図５は、メインローブを制御することによる前記無線タグ１４の方向検出において、前記ＰＡＡ処理部４４により制御される受信指向性方向と、前記受信信号強度検出部５２により検出される受信信号強度との関係を示す図である。この図５に示すように、前記受信信号強度検出部５２により検出される受信信号強度は、θ＝３０［°］において最大となっていることがわかる。ここで、上述したように、通信対象である無線タグ１４は、実際にはθ＝４０［°］の方向に位置する。すなわち、メインローブを制御することによる方向検知では、分解能が低く通信対象である無線タグ１４の方向を詳細には検出できないが、短時間でその無線タグ１４の有無及び大まかな方向を検知する目的では好適に利用できる。

図６は、前記ＰＡＡ処理部４４によりヌルを制御する様子について説明する図であり、図４と同様にθ＝４０［°］の方向に通信対象である無線タグ１４が位置する場合を例示している。前記方向検出部５３は、好適には、前記ＰＡＡ処理部４４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を検出する。更に好適には、前記ＰＡＡ処理部４４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最大となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を予備検出した後、更に前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を本検出する。例えば、図６に示すように、メインローブの制御による方向検出で通信感度が最大であったθ＝３０［°］を中心として２０乃至４０［°］の間(予備検出での誤差範囲)で前述したメインローブの制御による変化角度よりも小さい角度毎、例えば１０［°］ずつ角度θを変化(乗算するウェイトを変える)させてヌルの制御を３回行い、通信対象である無線タグ１４の詳細な方向を検出する。一般にヌルの特性はメインローブに比べて非常に急峻で狭いため、斯かるヌル方向を制御することにより比較的高い分解能が得られる。図７は、ヌルを制御することによる前記無線タグ１４の方向検出において、前記ＰＡＡ処理部４４により制御される受信指向性方向と、前記受信信号強度検出部５２により検出される受信信号強度との関係を示す図である。この図７に示すように、前記受信信号強度検出部５２により検出される受信信号強度は、θ＝４０［°］において最小となっていることがわかり、この方向は通信対象である無線タグ１４の位置する方向と一致する。

図８は、発明者がシミュレーションにより得たもので、前記ＰＡＡ処理部４４に備えられたＰＡＡウェイトレジスタ７６を例示する図である。前記ＰＡＡ処理部４４に備えられたＰＡＡウェイトレジスタ７６は、好適には、複数の指向性それぞれに対応して前記複数の受信アンテナ素子２８それぞれに乗算するウェイトが予め定められたテーブルを有するものである。更に好適には、図８に示すように、メインローブを制御するために−６０乃至６０［°］の間で３０［°］毎にウェイトが定められたメインローブ制御用テーブル７８と、ヌルを制御するために−７０乃至７０［°］の間で１０［°］毎にウェイトが定められたヌル制御用テーブル８０とをそれぞれ個別に有するものである。前記指向性制御部５３は、上記ＰＡＡウェイトレジスタ７６に記憶されたテーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、それぞれの指向性における受信信号強度に応じて前記無線タグ１４の方向を検出する。すなわち、上記メインローブ制御用テーブル７８に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を予備検出した後、更に上記ヌル制御用テーブル８０に基づいて、予備検出した前記無線タグ１４の大まかな方向の前後１０［°］の範囲で前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を本検出する。

図９は、前記無線タグ通信装置１２のＤＳＰ１６による前記無線タグ１４との情報通信制御を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。

先ず、前記送信ビット列生成部３８及びＦＳＫ符号化部４０の動作に対応するステップ（以下、ステップを省略する）ＳＡ１において、前記無線タグ１４への送信信号に対応するコマンドビット列が生成されてＦＳＫ方式で符号化される。次に、前記ＡＭ変調部４２の動作に対応するＳＡ２において、ＳＡ１にて符号化された信号がＡＭ方式で変調される。次に、ＳＡ３において、ＳＡ２にて変調された送信信号が前記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８、アップコンバータ２２、及び送信信号ＢＰＦ２４を介して前記送信アンテナ素子２６から質問波Ｆ_ｃとして前記無線タグ１４に向けて送信される。次に、ＳＡ４において、ＳＡ３にて送信された質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒが前記複数の受信アンテナ素子２８により受信され、前記ダウンコンバータ３０、受信信号ＢＰＦ３２、及び受信信号Ａ／Ｄ変換部３４を介して前記メモリ部３６に記憶される。次に、図１０に示すメインローブによる方向検知制御が実行された後、ＳＡ５において、通信対象である無線タグ１４が検知されたか否かが判断される。このＳＡ５の判断が否定される場合には、通信対象である無線タグ１４は存在しないとして本ルーチンがエラー終了させられるが、ＳＡ５の判断が肯定される場合には、図１１に示すヌルによる方向検知制御が実行された後、ＳＡ６において、通信対象である無線タグ１４の方向を示す角度がθ_{RER_MAX2}とされる。次に、前記ＡＭ復調部４６の動作に対応するＳＡ７において、前記ＰＡＡ処理部４４によりフェイズドアレイ処理された受信信号がＡＭ方式で復調されてＡＭ復調波が検出される。次に、前記ＦＳＫ復号化部４８及び返答ビット列解釈部５０の動作に対応するＳＡ８において、ＳＡ７にて復調されたＡＭ復調波がＦＳＫ方式で復号化されて復号信号が解釈され、前記無線タグ１４の変調に関する情報信号が読み出された後、本ルーチンが終了させられる。

図１０は、図９のＲＦＩＤ通信制御の一部であるメインローブによる方向検知制御を説明するフローチャートである。この制御では、先ず、ＳＢ１において、前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６に初期値が設定され、メインローブの方向θ_MAINが−６０［°］とされる。次に、ＳＢ２において、図９のＳＡ４にて記憶された前記複数の受信アンテナ素子２８にそれぞれ対応する受信信号が前記メモリ部３６から読み出される。次に、ＳＢ３において、ＳＢ２にて読み出された複数の受信信号に前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６の値が掛け合わされ、前記受信信号合成部５８からの合成出力Ｙが算出される。次に、ＳＢ４において、ＳＢ３にて算出された合成出力Ｙに含まれる前記無線タグ１４からの応答波（反射波）成分すなわち受信信号強度が最大であるか否かが判断される。このＳＢ４の判断が肯定される場合には、ＳＢ５において、前記無線タグ１４の大まかな方向を示す角度θ_{REF_MAX}がθ_MAINとされた後、ＳＢ６以下の処理が実行されるが、ＳＢ４の判断が否定される場合には、ＳＢ６において、前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６の設定値が更新され、メインローブの方向θ_MAINに３０［°］が加算された後、ＳＢ７において、メインローブの方向θ_MAINが６０［°］より大きいか否かが判断される。このＳＢ７の判断が否定される場合には、ＳＢ２以下の処理が再び実行されるが、ＳＢ７の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられ、図９に示すＲＦＩＤ通信制御に戻る。

図１１は、図９のＲＦＩＤ通信制御の一部であるヌルによる方向検知制御を説明するフローチャートである。この制御では、先ず、ＳＣ１において、前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６に初期値が設定され、ヌルの方向θ_NULLが図１０のＳＢ５にて設定された角度θ_{REF_MAX}−１０［°］に設定される。次に、ＳＣ２において、図９のＳＡ４にて記憶された前記複数の受信アンテナ素子２８にそれぞれ対応する受信信号が前記メモリ部３６から読み出される。次に、ＳＣ３において、ＳＣ２にて読み出された複数の受信信号に前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６の値が掛け合わされ、前記受信信号合成部５８からの合成出力Ｙが算出される。次に、ＳＣ４において、ＳＣ３にて算出された合成出力Ｙに含まれる前記無線タグ１４からの応答波（反射波）成分の減衰が最大すなわち受信信号強度が最小であるか否かが判断される。このＳＣ４の判断が肯定される場合には、ＳＣ５において、前記無線タグ１４の方向を示す角度θ_{REF_MAX2}がθ_NULLとされた後、ＳＣ６以下の処理が実行されるが、ＳＣ４の判断が否定される場合には、ＳＣ６において、前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６の設定値が更新され、ヌルの方向θ_NULLに１０［°］が加算された後、ＳＣ７において、ヌルの方向θ_NULLが図１０のＳＢ５にて設定された角度θ_{REF_MAX}＋１０［°］より大きいか否かが判断される。このＳＣ７の判断が否定される場合には、ＳＣ２以下の処理が再び実行されるが、ＳＣ７の判断が肯定される場合には、それをもって本ルーチンが終了させられ、図９に示すＲＦＩＤ通信制御に戻る。以上の制御において、ＳＡ６、ＳＢ、及びＳＣが前記方向検出部５３の動作に、ＳＢ及びＳＣが前記ＰＡＡウェイト制御部５４の動作にそれぞれ対応する。

このように、本実施例によれば、前記通信の指向性を制御する指向性制御部であるＰＡＡウェイト制御部５４（ＳＢ及びＳＣ）と、そのＰＡＡウェイト制御部５４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を検出する方向検出部５３（ＳＡ６、ＳＢ、及びＳＣ）とを、含むことから、前記無線タグ１４との通信感度が最小となる所謂ヌル点において比較的高い分解能が得られる性質を利用することで、通信対象である無線タグ１４の方向を好適に検出することができる。すなわち、可及的簡単な処理により分解能が高い無線タグ方向検知を実現する無線タグ通信装置１２を提供することができる。

また、前記方向検出部５３は、前記ＰＡＡウェイト制御部５４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最大となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を検出するものであるため、前記無線タグ１４との通信感度が最大となるメインローブ方向において通信対象である無線タグ１４の方向を大まかに検出することができる。

また、前記方向検出部５３は、前記ＰＡＡウェイト制御部５４により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最大となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を予備検出した後、更に前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４との通信感度が最小となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を本検出するものであるため、前記無線タグ１４との通信感度が最大となるメインローブ方向において通信対象である無線タグ１４の方向を大まかに検出した後、前記無線タグ１４との通信感度が最小となるヌル点方向においてその無線タグ１４の方向を詳細に検出することで、実用的な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

また、前記方向検出部５３（ＳＡ６、ＳＢ、及びＳＣ）は、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を検出するものであるため、１回の送信後にメモリに記憶された受信信号に簡単な処理を行うことにより、前記無線タグ１４の方向を検出することができる。

また、前記方向検出部５３は、前記ＰＡＡウェイト制御部５４により前記通信の指向性を変化させて前記受信信号強度が最大となる方向に基づいてその無線タグ１４の方向を予備検出し、前記無線タグが存在しないと判断した場合には、前記無線タグの方向の本検出を行うことなく検出を完了するものであるため、前記無線タグが存在しない場合は迅速に処理を終了させることができる。

また、前記送信信号を送信するための送信アンテナ素子２６及び前記返信信号を受信するための複数の受信アンテナ素子２８をそれぞれ個別に備えたものであるため、前記無線タグ通信装置の回路構成を可及的に簡単なものとすることができる。

また、複数の指向性それぞれに対応して前記複数の受信アンテナ素子２８により受信される受信信号それぞれに乗算するウェイトが予め定められたメインローブ制御用テーブル７８及びヌル制御用テーブル８０を有するものであるため、前記通信の指向性を制御するための計算量が少なくて済む。

また、前記ＰＡＡウェイト制御部５４は、前記メインローブ制御用テーブル７８又はヌル制御用テーブル８０に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、それぞれの指向性における受信信号強度に応じて前記無線タグ１４の方向を検出するものであるため、計算量の少ない実用的な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

また、前記ＰＡＡウェイト制御部５４は、前記ヌル制御用テーブル８０に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を検出するものであるため、計算量の少ない実用的な態様で前記無線タグ１４の方向を詳細に検出することができる。

また、前記ＰＡＡウェイト制御部５４は、前記メインローブ制御用テーブル７８に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を検出するものであるため、実用的な態様で前記無線タグ１４の方向を大まかに検出することができる。

また、前記方向検出部５３は、前記メインローブ制御用テーブル７８に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を予備検出した後、更に前記ヌル制御用テーブル８０に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を本検出するものであるため、計算量の少ない実用的な態様で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

続いて、本発明の他の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の説明に用いる図面に関して、前述した第１実施例と共通する部分については同一の符号を付してその説明を省略する。

図１２は、本発明の第２実施例である無線タグ通信装置８２の構成を説明する図である。この図１２に示すように、上記無線タグ通信装置８２は、前記ＡＭ変調部４２により変調された送信信号を記憶すると共に、上記ＤＳＰ１６からの指令に応じてそのＤＳＰ１６にその送信信号を出力させる記憶装置であるメモリ部８４と、前記ＰＡＡウェイト制御部５４により算出されるＰＡＡウェイトをその送信信号に乗算する複数（図１２では５つ）の送信ＰＡＡウェイト乗算部８８ａ、８８ｂ、８８ｃ、８８ｄ、８８ｅ（以下、特に区別しない場合には単に送信ＰＡＡウェイト乗算部８８と称する）と、それら送信ＰＡＡウェイト乗算部８８によりそれぞれＰＡＡウェイトが乗算された送信信号をアナログ信号に変換する複数（図１２では５つ）の送信信号Ｄ／Ａ変換部１８ａ、１８ｂ、１８ｃ、１８ｄ、１８ｅ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号Ｄ／Ａ変換部１８と称する）と、それら送信信号Ｄ／Ａ変換部１８によりアナログ信号に変換された送信信号それぞれの周波数を前記周波数変換信号出力部２０から出力される周波数変換信号の周波数だけ高くする複数（図１２では５つ）のアップコンバータ２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ（以下、特に区別しない場合には単にアップコンバータ２２と称する）と、それらアップコンバータ２２からそれぞれ出力されるアップコンバートされた送信信号のうち所定の周波数帯域の信号のみを通過させる複数（図１２では５つ）の送信信号ＢＰＦ２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ、２４ｅ（以下、特に区別しない場合には単に送信信号ＢＰＦ２４と称する）と、それら送信信号ＢＰＦ２４からそれぞれ出力される送信信号を質問波Ｆ_ｃとして前記無線タグ１４に向けて送信する複数（図１２では５つ）の送信アンテナ素子２６ａ、２６ｂ、２６ｃ、２６ｄ、２６ｅ（以下、特に区別しない場合には単に送信アンテナ素子２６と称する）とを、備えて構成されている。

上記無線タグ通信装置８２では、前記ＰＡＡウェイト制御部５４、受信ＰＡＡウェイト乗算部５６、受信信号合成部５８、及び送信ＰＡＡウェイト乗算部８８がＰＡＡ処理部９０を構成している。このＰＡＡ処理部９０において、前記ＰＡＡウェイト制御部５４から供給される送信ＰＡＡウェイトに応じて上記送信ＰＡＡウェイト乗算部８８により送信指向性の制御が、前記ＰＡＡウェイト制御部５４から供給される受信ＰＡＡウェイトに応じて前記受信ＰＡＡウェイト乗算部５６により受信指向性の制御がそれぞれ行われる。

前記無線タグ通信装置８２に備えられた方向検出部５３は、好適には、前記メインローブ制御用テーブル７８に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグ１４の有無及び大まかな方向を検出する制御においては、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を検出する。ここで、本実施例では送受信とも図４に示す指向性となる。また、好適には、前記ヌル制御用テーブル８０に基づいて受信指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグ１４の詳細方向を検出する制御においては、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を検出する。更に好適には、前記メインローブ制御用テーブル７８に基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を検出する制御により送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を予備検出した後、前記ヌル制御用テーブル８０に基づいて予備検出した前記無線タグ１４の大まかな方向の前後１０［°］の範囲で前記受信指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグ１４の方向を検出する制御により送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を本検出する。

図１３は、前記無線タグ通信装置８２のＤＳＰ１６による前記無線タグ１４との情報通信制御を説明するフローチャートであり、所定の周期で繰り返し実行されるものである。この図１３に示す制御は、前述した図９に示す制御に対応するものであり、共通するステップについてはは同一の符号を付してその説明を省略する。この制御では、前述したＳＡ２の処理に続いて、図１４に示すメインローブによる方向検知制御が実行された後、ＳＡ５において、通信対象である無線タグ１４が検知されたか否かが判断される。このＳＡ５の判断が否定される場合には、通信対象である無線タグ１４は存在しないとして本ルーチンがエラー終了させられるが、ＳＡ５の判断が肯定される場合には、前述した図１１に示すヌルによる方向検知制御が実行された後、前述したＳＡ６以下の処理が実行される。

図１４は、図１３のＲＦＩＤ通信制御の一部であるメインローブによる方向検知制御を説明するフローチャートである。この図１４に示す制御は、前述した図１０に示す制御に対応するものであり、共通するステップについてはは同一の符号を付してその説明を省略する。この制御では、前述したＳＢ１の処理に続いて、ＳＢ８において、前記送信ＰＡＡウェイト乗算部８８により複数の送信信号に前記ＰＡＡウェイトレジスタ７６の値が掛け合わされ、前記送信信号Ｄ／Ａ変換部１８、アップコンバータ２２、及び送信信号ＢＰＦ２４を介して前記複数の送信アンテナ素子２６から質問波Ｆ_ｃとして前記無線タグ１４に向けて送信される。次に、ＳＢ８にて送信された質問波Ｆ_ｃに応じて前記無線タグ１４から返信される応答波Ｆ_ｒが前記複数の受信アンテナ素子２８により受信され、前記ダウンコンバータ３０、受信信号ＢＰＦ３２、及び受信信号Ａ／Ｄ変換部３４を介して前記メモリ部３６に記憶された後、前述したＳＢ２以下の処理が実行される。以上の制御において、ＳＡ６、ＳＢ、及びＳＣが前記方向検出部５３の動作に、ＳＢ及びＳＣが前記ＰＡＡウェイト制御部５４の動作にそれぞれ対応する。

このように、本実施例によれば、前記方向検出部５３（ＳＡ６、ＳＢ、及びＳＣ）は、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を検出するものであるため、送信指向性範囲内において、１回の送信後にメモリに記憶された受信信号に簡単な処理を行うことにより、前記無線タグ１４の方向を詳細に検出することができる。

また、前記方向検出部５３は、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を検出するものであるため、広範囲で前記無線タグ１４の方向を大まかに検出することができる。

また、前記方向検出部５３は、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を予備検出した後、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグ１４の方向を本検出するものであるため、通信対象である無線タグ１４の方向を大まかに検出した後、その無線タグ１４の方向を詳細に検出することで、少ない送信回数且つ広範囲で分解能が高い無線タグ方向検知を実現できる。

以上、本発明の好適な実施例を図面に基づいて詳細に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、更に別の態様においても実施される。

例えば、前述の実施例において、前記無線タグ通信装置１２、８２は、前記送信信号を送信するための送信アンテナ素子２６及び前記返信信号を受信するための複数の受信アンテナ素子２８をそれぞれ個別に備えたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、前記送信信号を送信すると共に前記返信信号を受信するための送受信共用のアンテナ素子を備えたものであっても構わない。このようにすれば、前記無線タグ通信装置１２、８２のアンテナ構成を可及的に簡単なものとすることができる。

また、前述の実施例において、前記受信信号強度検出部５２、方向検出部５３、及びＰＡＡウェイト制御部５４等は、何れも前記ＤＳＰ１６に機能的に備えられたものであったが、これらはそれぞれ個別の制御装置として設けられるものであってもよい。また、それらの制御は、ディジタル信号処理によるものであるとアナログ信号処理によるものであるとを問わない。

その他、一々例示はしないが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更が加えられて実施されるものである。

本発明の無線タグ通信装置が好適に用いられる通信システムを説明する図である。 本発明の一実施例である無線タグ通信装置の構成を説明する図である。 図２の無線タグ通信装置の通信対象である無線タグの構成を説明する図である。 図２のＰＡＡ処理部によりメインローブを制御する様子について説明する図である。 メインローブを制御することによる無線タグの方向検出における受信指向性方向と受信信号強度との関係を示す図である。 図２のＰＡＡ処理部によりヌルを制御する様子について説明する図である。 ヌルを制御することによる無線タグの方向検出における受信指向性方向と受信信号強度との関係を示す図である。 図２のＰＡＡ処理部に備えられたＰＡＡウェイトレジスタを例示する図である。 図２の無線タグ通信装置のＤＳＰによる無線タグとの情報通信制御を説明するフローチャートである。 図９のＲＦＩＤ通信制御の一部であるメインローブによる方向検知制御を説明するフローチャートである。 図９のＲＦＩＤ通信制御の一部であるヌルによる方向検知制御を説明するフローチャートである。 本発明の他の実施例である無線タグ通信装置の構成を説明する図である。 図１２の無線タグ通信装置のＤＳＰによる無線タグとの情報通信制御を説明するフローチャートである。 図１３のＲＦＩＤ通信制御の一部であるメインローブによる方向検知制御を説明するフローチャートである。

符号の説明

１２、８２：無線タグ通信装置
１４：無線タグ
２６：送信アンテナ素子
２８：受信アンテナ素子
５３：方向検出部
５４：ＰＡＡウェイト制御部（指向性制御部）
７８：メインローブ制御用テーブル
８０：ヌル制御用テーブル

Claims (14)

1. 所定の無線タグに向けて送信信号を送信すると共に、該無線タグから返信される返信信号を受信して該無線タグとの間で情報の通信を行う無線タグ通信装置であって、
   該通信の指向性を制御する指向性制御部と、
   該指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最小となる方向に基づいて該無線タグの方向を検出する方向検出部と
   を、含むことを特徴とする無線タグ通信装置。
2. 前記方向検出部は、前記指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最大となる方向に基づいて該無線タグの方向を検出するものである請求項１の無線タグ通信装置。
3. 前記方向検出部は、前記指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最大となる方向に基づいて該無線タグの方向を予備検出した後、更に前記指向性を変化させて前記無線タグとの通信感度が最小となる方向に基づいて該無線タグの方向を本検出するものである請求項２の無線タグ通信装置。
4. 前記方向検出部は、前記指向性制御部により前記通信の指向性を変化させて前記受信信号強度が最大となる方向に基づいて該無線タグの方向を予備検出した結果、前記無線タグが存在しないと判定した場合には、その後に前記通信の指向性を変化させて前記受信信号強度が最小となる方向に基づいた該無線タグの方向の本検出を行うことなく検出を完了するものである請求項２の無線タグ通信装置。
5. 前記方向検出部は、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を検出するものである請求項１から４の何れかの無線タグ通信装置。
6. 前記方向検出部は、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を検出するものである請求項１から４の何れかの無線タグ通信装置。
7. 前記方向検出部は、送信指向性と受信指向性とが同一方向となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を予備検出した後、送信指向性が受信指向性よりも広角となるように前記通信の指向性を変化させて前記無線タグの方向を本検出するものである請求項３の無線タグ通信装置。
8. 前記送信信号を送信するための送信アンテナ及び前記返信信号を受信するための受信アンテナをそれぞれ個別に備えたものである請求項１から７の何れかの無線タグ通信装置。
9. 前記送信信号を送信すると共に前記返信信号を受信するための送受信アンテナを備えたものである請求項１から７の何れかの無線タグ通信装置。
10. 複数の指向性それぞれに対応して前記複数のアンテナ素子それぞれに乗算するウェイトが予め定められたテーブルを有するものである請求項１から９の何れかの無線タグ通信装置。
11. 前記指向性制御部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、それぞれの指向性における受信信号強度に応じて前記無線タグの方向を検出するものである請求項１０の無線タグ通信装置。
12. 前記指向性制御部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグの方向を検出するものである請求項１１の無線タグ通信装置。
13. 前記指向性制御部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグの方向を検出するものである請求項１１の無線タグ通信装置。
14. 前記方向検出部は、前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最大となる指向性に応じて前記無線タグの方向を予備検出した後、更に前記テーブルに基づいて前記通信の指向性を順次切り換え、前記受信信号強度が最小となる指向性に応じて前記無線タグの方向を本検出するものである請求項１１の無線タグ通信装置。

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